光纖激光填粉焊接鍍鋅鋼的粉束流形態(tài)及鋅燒損研究.pdf

1、隨著激光技術(shù)的高速發(fā)展和車身的輕量化趨勢，能有效降低車身重量的激光焊接將代替?zhèn)鹘y(tǒng)電阻點(diǎn)焊的焊接方式。然而，常規(guī)激光焊接難以對焊縫的成分進(jìn)行調(diào)控。為了保證焊接的性能，同時調(diào)控焊縫的成分，提高焊縫力學(xué)性能，填加材料的焊接技術(shù)因此而產(chǎn)生。激光填粉焊接是一種高柔性化焊接加工技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)焊縫成分的控制。為了探究粉末填加與焊縫成分的關(guān)系，本文對鍍鋅鋼激光填粉焊接粉末噴送過程進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文首先基于流場氣固兩相流離散相的粉末噴送

2、模型對粉束形態(tài)進(jìn)行研究。通過分析粉束截面的濃度值得到了粉束流分布密度。同時，研究了影響粉末焦距、最大粉末濃度、粉末焦斑直徑和粉末焦深的粉束特征與噴口直徑、噴口角度、載氣流量以及保護(hù)氣體流量工藝參數(shù)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明:粉末焦距與粉末噴口角度呈正切函數(shù)相關(guān)，是影響粉末焦距的主要參數(shù);最大粉末濃度與噴口直徑呈負(fù)相關(guān);載氣流量和噴口角度與粉束焦斑直徑呈負(fù)相關(guān)，保護(hù)氣體流量和噴口直徑與粉束焦斑直徑呈正相關(guān);在保護(hù)氣流量為8L/min、載氣流量

3、8L/min、噴粉口直徑0.8mm和噴粉口角度70°時，此組工藝參數(shù)組合可以得到最小的粉斑直徑，其值為1.92mm，此時粉束焦深為3.69mm。
　　其次，依據(jù)粉末噴送模型理論計算的結(jié)果，自行設(shè)計了粉末、保護(hù)氣和冷卻水三路集成一體的同軸噴粉裝置，實(shí)現(xiàn)了在載氣氣流的驅(qū)動及粉末自身重力共同作用下粉末噴送。采用本設(shè)計的同軸噴粉裝置開展了噴粉實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)圖像數(shù)據(jù)的灰度處理、圖像增強(qiáng)和特征提取等圖像處理手段，獲得了粉束圖像的灰度概率分布。

4、利用圖像灰度值與粉末分布密度的正相關(guān)性，得出粉束截面粉末濃度分布曲線。實(shí)驗(yàn)測得的粉斑焦距、粉束焦斑直徑和理論模擬結(jié)果的偏差小于10％，且粉束焦斑直徑較已發(fā)表使用的噴粉裝置減小67％，粉束匯聚性顯著提高。
　　最后，本文開展了高強(qiáng)鍍鋅鋼激光焊接鋅燒損的工藝試驗(yàn)研究，得出影響鋅燒損因素的主次順序?yàn)?焊接速度、激光功率、輔助氣體流量、離焦量。同時，發(fā)現(xiàn)同軸填粉焊接中填加銅粉可以抑制鋅元素的燒損并改善焊縫表面的形貌。
　　粉束流特性